一种基于数据分析的电网设备事故处理决策装置和方法与流程

本发明涉及变电站综合自动化领域，具体为基于智能数据分析的电网设备事故处理决策装置和方法。

背景技术：

随着计算机信息技术和通信技术的飞速发展，国内变电站自动化系统的自动化程度也日益提高，尤其是智能变电站。国家电网公司也提出了要逐步建成以数字化，信息化，自动化，互动化为典型特征的符合中国国情的现代新型智能电网。

变电站综合自动化系统的发展与集成电路技术、微计算机技术、通信技术和网络技术密切相关，从国内外变电站综合自动化系统的发展过程来看，其结构形式有集中式、分层分布式、全分散式等三种类型。变电站分散布置式综合自动化系统以单元为主，各单元集数据采集、继电保护、控制、故障记录和录波等多种功能于一身。各单元就地分散布置在相应一次设备附近，全站与光纤通讯网络相连。主控室中只放一台负责与上级调度进行通讯的微机远动装置，即可在控制室进行当地控制，也可在调控中心进行遥控、另外配自动摄像“电子眼”使该系统充分实现“分散”和“共享”，这是变电站综合自动化系统发展的方向。

目前国内普遍采用的自动化后台监控系统已应用了20多年，它能减少发现和解决问题的时间，提高操作的安全性、准确性，并更快捷的获得变电站运行数据，大大减少工作量，取得了良好效果，但也有不足之处。二次数据的采集部分大量重复，浪费资源；信息标准化不够，设备与系统之间互联互通困难形成信息孤岛，信息难以被综合应用；发生事故时会出现大量时间告警信息，缺乏有效地过滤机制，干扰值班运维人员对故障的正确判断；图像监控方面只是单纯的实现了远方“监视”的功能，图像数量多，全部靠人力监控，事故发生时极易发生由于人力的懈怠或视觉疲劳，造成事故设备状态图像无法及时捕捉的现象。

技术实现要素：

本发明专利主要解决的技术问题就是如何将现场视频监控设备由原有的“监视”提升为自动和智能的“监控”，将故障信息的分析筛选、同步打印、视频监控三个相互独立的系统实现联动。

为实现上述目标，本发明采用如下的技术方案：

一种基于数据分析的电网设备事故处理决策装置，包括事故分析决策平台和后台监控系统；所述后台监控系统对变电站的运行实施监控，并采集和上传数据到所述事故分析决策平台；所述装置能够对电网设备自动监控，其特征在于，将故障信息的分析筛选、同步打印、视频监控三个相互独立的系统实现联动，在发生事故时，能够自动将故障位置的图像上传至所述事故分析决策平台。

所述事故分析决策平台将报文数据，数据分析的结果以及视频图像传给远方的运维人员，实现远程监控。

所述事故分析决策平台包括服务器、摄像头和打印机。

所述服务器用于对上传的数据信号进行分析和筛选，驱动打印机进行工作，联动摄像头进行捕捉视频图像。

所述摄像头用于：当发生跳闸事故时，将跳闸开关的位置状态的视频图像上传到所述服务器。

所述打印机用于：当发生跳闸事故时，打印出故障报文列表。

所述服务器还包括：核心处理模块，用于对接收到的信号和报文进行筛选和分析，并协调各个模块之间的工作；显示模块，用于显示各类信息；通信模块，用于使所述事故分析决策平台分别与所述后台监控系统、运维人员进行通信；外设模块，实现所述服务器对所述打印机和所述摄像头的控制以及从所述摄像头获取视频图像。

所述事故分析决策平台与所述后台监控系统之间的通信采用网口通信，所述事故分析决策平台与所述运维人员之间的通信采用无线通信。

一种基于数据分析的电网设备事故处理决策方法，能够对电网设备自动监控，其特征在于，将故障信息的分析筛选、同步打印、视频监控三个相互独立的系统实现联动，在发生事故时，能够自动将故障位置的图像上传至事故分析决策平台。

所述方法具体包括如下步骤：

（1）在发生异常事故时，所述决策平台接收经过筛选过滤的部分保护动作信号和开关变位信号；

（2）联动打印机打印出故障报文列表；

（3）视频监控系统根据设备的电气变化进行图像定位，将事故位置状态图像实时上传至所述事故分析决策平台。

本发明的有益效果是：本发明能够大大提高现场人员对突发事故的应急判断能力，快速准确判断故障性质并及时汇报，缩短事故处理流程，减少停电时间和供电量损失，从而大大提高整个电网的供电可靠率，为电网的安全稳定运行提供有力保障。

附图说明

图1为事故分析智能决策平台交联图；

图2为事故分析智能决策平台结构图；

图3为软件总体框图；

图4为核心处理模块工作流程图；

图5为显示模块主页面；

图6为显示模块打印预览界面；

图7为显示模块告警界面；

图8为iec-60870-5-104规约传输体系结构图。

具体实施方式

事故分析智能决策平台（简称为决策平台）主要是与后台监控系统，运维人员二个部分相互关联进行工作。它们之间的交联图如图1所示。

事故分析智能决策平台与其他二个部分之间的关系分别如下：

决策平台与后台监控系统之间的关系：后台监控系统负责对变电站的运行实施监控，然后采集和上传各项数据到事故分析智能决策平台。

运维人员与决策平台之间的关系：决策平台将报文数据，数据分析的结果以及视频图像传给运维人员，运维人员可以在不到达现场的条件下，判断出事故原因。

事故分析智能决策平台是由摄像头，打印机，服务器三个部分组成，决策平台的架构如图2所示。

这三个部分的功能分别如下：

摄像头：当发生跳闸事故时，现场监控摄像可根据设备的电气变化进行图像定位，将跳闸开关的位置状态的视频图像上传到服务器。

打印机：发生跳闸事故时，服务器联动打印机打印出故障报文列表，便于运维人员一目了然的判断故障性质。

服务器：服务器是决策平台的最重要部分，负责对上传的数据信号进行分析和筛选，呈现出所需要的关键信号，并协调指挥各个系统之间的联动工作，驱动打印机进行工作，联动高清摄像头进行捕捉视频图像，是事故分析智能决策平台的中枢神经。

事故分析智能决策平台设计主要涉及到硬件和软件两个部分，其中硬件主要用集成开发的方式实现，软件主要用定制开发的方式实现，因此，在本发明中主要是涉及到软件设计这一部分。

事故分析智能决策平台的核心就是服务器上的软件系统，它主要包括以下几个部分：核心处理模块，显示模块，通信模块，外设模块。软件总体架构框图如图3所示，在本项目中，计算机的操作系统选择windows系统。

1、核心处理模块

（1）功能

本模块主要是发送相关命令进行相关操作，对接收到的信号和报文进行处理，实现信号筛选和分析，将接收到的关键信号和报文分析结果呈现在界面上,同时负责协调指挥各个系统之间的工作。

（2）决策模型

核心处理模块中一个重要的内容就是决策模型，当变电站发生异常或事故时，传统处理过程是运行人员依照运行规程、经验以及现场情况进行判断、推理、处理的过程。而专家决策模型是在某一特定领域内，运用领域专家的丰富知识进行综合推理求解的计算机软件系统，一般包括以下几个部分：

设备状态数据库：用以存储反殃当前设备实际状态信息，包括设备静态配置数据和实时变化数据。

知识库：通过工程师和领域专家合作分析变电站设备的典型异常处理．进行分类归纳和总结，采用规则表达式方式存储，形成知识库，知识库中的知识源自变电运行规程、规范以及变电站运行人员的经验总结。知识规则的内容主要包括名称、类型、原因、处理方式等等。

推理机：推理机利用知识库的归纳信息，对当前进入到推理机的异常信息按照推理策略逐步推理直到得出结果。推理机主要包括推理方法和推理策略两部分。推理方法，采用因果关从原始数据或原始征兆出发，向结论方向的推理。

解释器：依据推理机推理出的异常或事故结论的可信度进行排序，并以图表方式给出设备异常的原因和处理建议。

（3）工作流程

当发生跳闸事故时，核心处理模块先对后台监控系统上传的报文进行分析处理，然后将分析处理结果通过页面显示出来，再联动打印机打印出故障报文列表，便于运维人员一目了然的判断故障性质，同时联动现场视频监控设备及时捕捉，工作流程图如图4所示。

它的具体工作机制如下：

（1）单个事件推理：在系统的推理规则知识库中，定义好每个信号所属的事故告警信号种类，形成逐一事件推理判断关系，在告警事件发生后，可以根据每条告警信息做出推理，给出异常事故发生的原因及处理措施。推理判断可以进行人工灵活干预，关联关系可以逐条定义，也可以通过快速定义软件批量实现，大大提高关联效率。

（2）多个关联事件联合推理：在系统的推理规则知识库中包括多个事件综合判断的推理规则。对短时间内连续发生、有内在关联的一组事件信息根据推理规则知识库进行综合推理判断。“综合推理”逻辑就是要根据发生的“综合事件”推理出该单元设备究竟发生了何种异常和事故，给出原因及处理方案。

（3）故障智能推理：根据故障发生的关键条件，结合接线方式、运行方式、开关变位信息、开关刀闸状态、遥测量、时序等综合判断，给出当前故障的故障类型、相关信息、故障结论及处理方式，形成智能故障推理报告。

2、显示模块

（1）功能

本模块进行页面设计，页面设计在mfc中实现，主要分为启动页面，主页面，打印预览界面，告警界面。

页面示例：图5是主页面，用于设置链路参数，发送命令，显示发送或者接受的报文信息以及视频图像，状态信息等；图6是打印预览界面，用于预览打印效果；图7是告警界面，用于显示告警信息。

3、通信模块

（1）功能

该模块的主要作用是使事故分析智能决策平台与后台监控系统，运维人员进行通信。决策平台与后台监控系统之间的通信采用网口通信，决策平台与运维人员之间的通信采用无线通信。

（2）网口通信

决策平台与后台监控系统之间采用网口通信，它们之间的通信协议采用iec-60870-5-104规约。iec-60870-5-104规约是国际电工委员会为了满足iec-60870-5-101远动通信规约用于以太网传输实现而制定的。它的传输层与网络层采用tcp/ip协议，应用层采用iec-60870-5-101规约的asdu，为了保证应用层的asdu传输的通信可靠性，又应用了itu-tx.25标准，包装了apci传输接口，规定了应答和重传机制。

iec-60870-5-104规约定义了三种报文格式：i格式，s格式，u格式。i格式报文用于传递信息，包含了应用服务数据单元；s格式报文用于当没有i格式报文回应的情况下，回应确认报文的接收，它不包含asdu；u格式报文用于数据传输的过程控制，主要实现主站和子站的数据传输（startdt）,停止子站的数据传输（stopdt）和tcp链路测试（testfr）,它也不包括asdu。

iec-60870-5-104规约采用平衡式传输，它的tcp/ip网络端口号是2404，它的一般体系结构如图8所示

（3）无线通信

决策平台与运维人员之间采用无线通信的方式，这种无线的通信方式是指决策平台通过dtu将数据信息传给远方的运维人员。

dtu是专门用来将串口数据转换为ip数据或者将ip数据转换为串口数据通过无线通信网络进行传送的无线终端设备。dtu具有组网迅速灵活，建设周期短，成本低，网络覆盖范围广，安全保密性能好，链路支持永远在线，用户成本低的特点，所以它广泛地应用在电力行业，水利行业，石油行业，环保行业等。在电力行业，dtu经常用于电力远程抄表，变电站监测，电力线路监测等。

dtu的主要功能是把远方客户端设备的数据通过无线的方式传送回后台中心。要完成数据的传输需要建立一套完整的数据传输系统。在这个系统中包括:dtu，客户设备、移动网络、后台中心。在前端，dtu和客户的设备通过232或者485接口相连。dtu上电运行后先注册到移动的gprs网络，然后去和后台中心建立socket连接。后台中心作为socket的服务端，dtu是socket连接的客户端。因此只有dtu是不能完成数据的无线传输的，还需要有后台软件的配合一起使用。在建立连接后，前端的设备和后台的中心就可以通过dtu进行无线传输了。

dtu的工作流程是dtu上电后，首先读出内部flash中保存的工作参数，然后dtu登陆gsm网络，进行拨号。拨号成功后，dtu将获得一个由移动随机分配的内部ip地址。也就是说，dtu处于移动内网中，而且其内网ip地址通常是不固定的，随着每次拨号而变化。我们可以理解为dtu这时是一个移动内部局域网的设备，通过移动网关来实现与外部internet公网的通信。dtu再主动发起与后台中心的通信连接，并保持通信连接一直存在。也就是dtu通过后台中心的ip地址以及端口号等参数，向后台中心发起tcp或udp通信请求。在得到后台中心的响应后，dtu即认为与后台中心握手成功，然后就保持这个通信连接一直存在，如果通信连接中断，dtu将立即重新与后台中心握手。对于dtu来说，只要建立了与后台中心的双向通信，完成用户串口数据与gprs网络数据包的转换就相对简单了。一旦接收到用户的串口数据，dtu就立即把串口数据封装在一个tcp/udp包里，发送给后台中心。在本项目中，后台中心就是运维人员的终端设备（如：手机），客户端就是决策平台，我们可以购置移动定制的apn节点的sim卡，分别放在dtu和手机上，就可以实现dtu和手机的直接通信，决策平台就可以将数据信息以短信的方式传到远方的运维人员的手机上。

4、外设模块

（1）功能

该模块主要是实现服务器对打印机和摄像头的控制以及从摄像头获取视频图像，当发生事故时，联动高清摄像设备以及打印机进行工作，控制打印机的输出格式等。

（2）服务器对打印机的控制

决策平台通过外设模块，实现对打印机的控制。外设模块中包括打印机的接口驱动和打印功能的实现方法。由于本项目打印机机型为hpcp5225，hpcp5225提供了专门的驱动供我们使用，我们将其安转到电脑上即可。决策平台的打印功能是通过在mfc提供的框架内来实现，实现思路如下：

在windows操作系统下显示器、打印机和绘图仪都被视为输出设备，正常情况下系统默认输出设备是显示器，要使用打印机,首先需要创建个指向打印机设备环境句柄,然后通过该句柄，把所需文字和图形输出至打印机上，当打印结束后,删除这个设备环境句柄即可。

当windows系统中安装好打印机后系统总是自动设置一个打印机为系统默认打印机,在windows启动配置文件win.ini中[window]段中列出了带有关键字device的默认打印机。

为了操纵系统默认打印机实现打印功能，函数getprofilestring()负责从win.ini文件中获得默认的打印机；然后，createdc()创建打印机设备环境句柄参数；在具体打印过程中，函数startdoc()负责开始打印，在这个过程中，计算机根据当前设备的环境句柄自动将数据输出到打印机；打印结束以后，函数restoredc()负责恢复打印机设备句柄，函数endpage()负责使打印机停止打印，最后，enddoc()负责结束上述打印作业。

（3）服务器与摄像头的接口

决策平台通过外设模块实现对摄像头的控制和从摄像头获取视频图像，本项目采用的摄像头为众胜xl-968，它是一种车载摄像头，具有清晰度高，耐高温，耐低温，防水等优点。众胜xl-968具有信息采集功能，通过传感器将发生变位的开关图像自动上传至智能决策平台，而决策平台只需要设计好启动信号就可以实现对摄像头的控制。众胜xl-968支持有线和无线的两种控制方式，可以按照实际情况，选择有线或无线来控制摄像头的工作。